Pflanzenlicht - Beleuchtungstechnik

Pflanzenlicht ist entscheidend für das Gedeihen von Gewächsen im Gewächshaus oder der Growbox. Optimales licht für Pflanzen fördert das Wachstum und die Ernte. Wähle die richtige Beleuchtung, um ein gesundes Pflanzenwachstum zu gewährleisten.

 

Erfahrene Grower schwören mittlerweile auf den Einsatz von Pflanzenlicht LEDs. Die Gründe dafür sind überzeugend, allen voran die beispiellose Effizienz von Leuchtdioden im Vergleich zu anderen Technologien. Gegenwärtig gibt es keine verfügbare Technik, die elektrische Energie effizienter in Licht umwandelt.

Um das Ganze zu verdeutlichen, hier der direkte Vergleich: Herkömmliche Glühbirnen haben lediglich eine Lichtausbeute von 2 %. Das bedeutet, dass nur 2 % der zugeführten Energie in Form von Licht genutzt werden. Fortschrittlichere Natriumdampflampen schneiden hier bereits besser ab und können immerhin 30 % der verwendeten Energie in Licht umwandeln. Pflanzenbeleuchtung LEDs auf dem neuesten Stand der Technik weisen eine beeindruckende Lichtausbeute von 85 % auf. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis ist derzeit unschlagbar. Es gibt schlichtweg keine effizientere Beleuchtungsoption für das Pflanzenwachstum als Leuchtdioden.

Mittlerweile sind Hochleistungs-LEDs entwickelt worden, die mit einer Lichttemperatur von 4000°K nahezu dem Sonnenlicht entsprechen. Der Wirkungsgrad beträgt dabei etwa 180 Lumen pro Watt. Das abgestrahlte Lichtspektrum reicht von Ultraviolett über sämtliche Farben bis hin zum Infrarot-Bereich. Pflanzen reagieren positiv auf dieses sonnenähnliche Licht, was zu einer mehr als doppelten Ertragssteigerung führt.
Gleichzeitig können die Stromkosten um bis zu 60 % reduziert werden.

Besonders erwähnenswert ist die Benutzerfreundlichkeit von LED-Beleuchtung. Die bei uns erhältlichen Leuchten sind "Plug-and-Play"-fähig. Das bedeutet: Du packst sie aus, steckst sie an und schaltest sie ein - und schon ist alles erledigt.

Im Vergleich zu den gelegentlich komplizierteren Natriumdampflampen ist dies zweifellos ein großer Fortschritt. Du musst nichts zusammenbauen, keine Elektroinstallationen durchführen und benötigst keine zusätzlichen Geräte wie Vorschaltgeräte oder Reflektoren.

 

Was Pflanzenlicht LEDs sind und wie sie funktionieren

LEDs (Light Emitting Diodes) sind in verschiedenen Bauformen erhältlich, wobei ihr grundlegendes Design immer gleich ist. In der Diode ist ein Halbleiter verbaut, der Licht emittiert, wenn elektrischer Strom hindurchfließt. Üblicherweise sind über diesem Halbleiter Kunststoff- oder Glaslinsen angebracht, und gelegentlich werden Reflektoren für die LED-Chips verwendet.

Die auffälligsten Merkmale dieser kleinen Leuchtdioden im Vergleich zu älteren Beleuchtungsmitteln sind zweifellos ihr Lichtspektrum und ihr Abstrahlwinkel. Abhängig vom verwendeten Halbleiter erzeugt die LED unterschiedliche Farben. Dadurch ist das Lichtspektrum eines einzelnen Chips im Vergleich zu beispielsweise einer Natriumdampflampe recht begrenzt. Dennoch ermöglicht die gezielte Kombination verschiedener Leuchtdioden die Erzeugung eines breiten oder sogar spezifischen Farbspektrums, das den Anforderungen deiner Pflanzen gerecht wird. Somit sind Pflanzenbeleuchtung LEDs entweder universell einsetzbar oder sie erfüllen die exakte Bedürfnisse Deiner Pflanzen.
Die wohl erste Frage die man sich stellt ist:

 

Welche Beleuchtung für welche Anbaufläche?

Welche Beleuchtung wird in der Wachstumsphase benötigt?

Um eine gesunde Entwicklung während der vegetativen Phase sicherzustellen, ist es entscheidend, dass deine Pflanzen Licht im blauen Farbspektrum erhalten. Das optimale Spektrum erstreckt sich in der Regel von etwa 4000 bis 8000 Kelvin, wobei Leuchtmittel mit ungefähr 5000 bis 7000 Kelvin als besonders effektiv gelten.

 

Welches Beleuchtung ist die Blühphase geeignet?

Um sicherzustellen, dass deine Indoor-Pflanzen kräftige Blüten mit aromatischen Terpenen ausbilden, benötigen sie Licht im roten Farbspektrum. Hierbei sind Wellenlängen von 2500 bis 3500 Kelvin ideal. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass der zusätzliche Einsatz von Infrarotlicht (ca. 730 nm) förderlich für das Pflanzenwachstum ist. Aus diesem Grund werden in Vollspektrum-LED-Lampen zunehmend Infrarot-LEDs integriert.

 

Was sind Vollspektrum-LEDs?

Moderne LED-Technologie ermöglicht die Integration des gesamten Lichtspektrums, das deine Pflanzen von der Keimung bis zur Blüte benötigen. Die Verwendung von LEDs mit unterschiedlichen Wellenlängen gewährleistet ein ausgewogenes Farbspektrum. Bei LED-Wachstumsleuchten wird das Farbspektrum in der Regel in Nanometern (nm) anstelle von Kelvin angegeben. Vollspektrum-LEDs haben üblicherweise einen Bereich von eetwa 400 bis 780 nm, einschließlich des Far-Red-Bereichs. Einige Modelle wie die Hortimol MHX4 & Hortimol MG8 bieten in  der FSMUV Version sogar zusätzlich UV-A-Licht.

 

Welche Lampen sind für die Anzucht geeignet?

Mittlerweile sind hochwertige LED-Lampen speziell für die Anzucht von jungen Pflanzen und Stecklingen erhältlich. Sie erzeugen nur geringe Wärme und vermeiden Hotspots, was die empfindlichen Jungpflanzen schont und eine erfolgreiche Wurzelbildung fördert. Lösungen wie die Cosmorrow LEDs von Secret Jardin bieten sich hier an und verfügen über praktische Doppelnetzteile, mit denen zwei LED-Lichtleisten direkt versorgt werden können.

 

Technische Angaben bei LEDs

Die Leistung

Die Leistung eines elektrischen Geräts wird in Watt ausgedrückt und gibt dir einen groben Hinweis auf das, was du von der Lichtquelle erwarten kannst. Sie kann als erstes Filterkriterium dienen, ist jedoch für eine detaillierte Beurteilung einer Beleuchtungseinrichtung oder den direkten Vergleich verschiedener Systeme weniger geeignet.

 

Lumen

In Lumen wird der Lichtstrom einer Quelle angegeben, allerdings nur im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich des Spektrums. Dieser Bereich deckt sich nur teilweise mit dem Farbspektrum, das deine Pflanzen für eine effiziente Photosynthese benötigen. Zudem berücksichtigt die Lumen-Messung die unterschiedliche Empfindlichkeit des menschlichen Auges gegenüber verschiedenen Farben. Grünes Licht wird beispielsweise intensiver wahrgenommen als blaues oder rotes Licht. Wie du bereits weißt, verhält es sich bei der Photosynthese andersherum - blaues und rotes Licht sind für deine Pflanzen wesentlich bedeutsamer.
Somit ist der mit Lumen angegebene Lichtstrom für den Anwendungsfall der Growing-LEDs ungeeignet. Dieser kann, genau wie die Leistung, höchstens als grobe Orientierung dienen

 

Der PAR-Wert

Der PAR-Wert ist eine bessere Kennzahl und gibt an, wie viel Energie eine Lichtquelle im für die Photosynthese relevanten Farbspektrum abgibt. Er adressiert somit das Problem, das bei Lumen-Messungen besteht. Dennoch ist zu beachten, dass Energie nicht der entscheidende Faktor für die Photosynthese ist, da dieser Prozess auf quantenmechanischen Prinzipien beruht. Der PAR-Wert ist jedoch ein Schritt in die richtige Richtung und kann dazu beitragen, LEDs genauer zu beurteilen. In diesem Zusammenhang ist der PPFD-Wert im Allgemeinen  noch präziser.

Die Effizienz

Effizienz beschreibt das Verhältnis von Ausgangsleistung (Lichtoutput) zu Eingangsleistung (Leistungsaufnahme). Anders ausgedrückt zeigt diese Kennzahl, wie viel Licht pro verbrauchtem Joule (Watt pro Sekunde) erzeugt wird. Licht kann sowohl als Welle (radiometrisch) als auch als Lichtteilchen „Photon“ betrachtet werden. Wenn Licht als Welle betrachtet wird, kann die Lichtabstrahlung einer Lampe in Watt gemessen werden. Im Fall der photonischen Betrachtung spricht man von Mikromol. Im Bereich der Pflanzenbeleuchtung misst man nicht den gesamten Spektralbereich, sondern vorwiegend die Wellenlängen zwischen 400 und 700 nm, dem sogenannten PAR-Bereich. Allerdings gewinnt auch die Berücksichtigung weiterer Wellenlängen, wie UV und Fernes Rot, zunehmend an Bedeutung und hat zu einem erweiterten Betrachtungsbereich von 380 bis 780 nm geführt. Bei einer Leuchte können unterschiedliche Werte zur Betrachtung der Effizienz angegeben werden. Es können Moduleffizienz oder Systemeffizienz betrachtet werden.

 

Moduleffizienz = Effizienz des Leuchtmittels

Die Angaben zur Effizienz bei Natriumdampf-Leuchtmitteln beziehen sich auf das Leuchtmittel selbst. In diesem Zusammenhang spricht man von Modul-Effizienz oder Effizienz des Leuchtmittels. Verluste, die durch den Treiber oder das Vorschaltgerät sowie Reflektoren, Abdeckungen oder Linsen verursacht werden, sind in diesen Angaben nicht berücksichtigt. Ein herkömmliches Natriumdampf-Leuchtmittel weist eine Effizienz von 1,7 µmol/J auf. Das bedeutet, dass bei einer Eingangsleistung von 600 Watt das Leuchtmittel eine Lichtabstrahlung von 600 Watt x 1,7 µmol/J = 1020 µmol/s erzeugt.

 

Systemeffizienz = Effizienz des gesamten Systems

Wie der Name schon sagt, bezieht sich die Systemeffizienz auf den Wert des gesamten Beleuchtungssystems, was alle Komponenten der Leuchte miteinbezieht. Dies lässt sich anhand von drei Beispielen verdeutlichen.

 

Beispiel: Natriumdampfleuchte 600W

Effizienz des Leuchtmittels: 1,7µmol/J
Effizienz des Vorschaltgeräts: 94%
Um das Natriumdampf-Leuchtmittel mit 600W zu versorgen nimmt das Vorschaltgerät eine höhere Leistung auf. In unserem Fall liegt die Leistungsaufnahme des Vorschaltgeräts bei 638W und es werden 600W an das Leuchtmittel abgegeben.
Die restlichen 38W verpuffen als Wärme.

Effizienz des Reflektors: 85%
Da Natriumdampf-Leuchtmittel im 360° Winkel abstrahlen benötigen diese einen Reflektor.
Auch die besten Reflektoren arbeiten nicht verlustfrei und ein Teil des Lichts wird nicht zu den Pflanzen gelenkt sondern geht verloren.

Mit oben genannten Angaben könne wir nun die Systemeffizienz einer Natriumdampfleuchte berechnen:

Moduleffizienz x Effizienz des Vorschaltgeräts / 100 x Effizienz des Reflektors/100 = Systemeffizienz

1,7µmol/J x 94/100 x 85/100 = 1,358µmol/J

Bei einer Leistungsaufnahme von 638W generiert eine Natriumdampfleuchte 638W x 1,358µmol/J = 866µmol/s Output.

 

PPFD

Dieser Wert gibt an, wie viele Photonen im für die Photosynthese relevanten Lichtspektrum von einer Lichtquelle emittiert werden, und zwar bezogen auf eine definierte Fläche, in der Regel 1 m². Die Einheit des PPFD-Wertes lautet µmol/(s*m²) und verschafft dir grundsätzlich eine gute Vorstellung von der Beleuchtungsstärke deiner neuen Pflanzenlampe. Um diesen Wert visuell darzustellen, werden oft spezielle Diagramme verwendet, die auch die Verteilung des Lichts zeigen. Allerdings ist zu beachten, dass der PPFD-Wert und die entsprechenden Diagramme niemals isoliert betrachtet werden sollten. Es ist entscheidend, immer die begleitenden Umstände zu berücksichtigen. Zum Beispiel: In welcher Höhe wurde die Lampe gemessen? Welcher Abstrahlwinkel war gegeben?Du kannst den PPFD-Wert also nie alleine zu Rate ziehen, um zwei Systeme miteinander zuvergleichen.